轉爐煉鋼的自動化控制技術研究

焦鵬飛

摘 要：隨著科技水平的不斷提高，自動化控制技術在工業生產中發揮了積極的助推應用，而在煉鋼行業，轉爐煉鋼自動化技術也得到了廣泛的應用，不僅節省了人力物力，而且使煉鋼更高效、精度控制更準確，明顯提高了煉鋼質量，本文就轉爐煉鋼自動化控制優勢及其關鍵技術進行了詳細的分析。

關鍵詞：轉爐煉鋼；自動化；控制技術

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.028

1 引言

近年來，國際鋼鐵行業發展迅猛，不僅生產的鋼材質量高，而且在煉鋼過程中能源消耗低，這對我國鋼鐵企業造成了巨大壓力，使我國鋼材行業在國際鋼材市場間的競爭中很難有一席立足之地。因此，我國鋼鐵企業必須盡快加強煉鋼技術的改造，通過自動化控制技術在轉爐煉鋼中的應用，提高鋼鐵企業的生產能力和鋼材質量，確保我國鋼鐵企業在國際鋼鐵行業中的有利競爭地位。

2 轉爐煉鋼自動化控制技術概述

轉爐煉鋼自動化控制技術在計算機信息網絡技術、工業控制技術為基礎發展起來的一種技術，傳統的轉爐煉鋼過程是以鐵水、廢鋼、鐵合金為主要原料，依靠鐵水的熱量以及廢鋼、鐵合金在高溫下發生化學反應產生的熱量相結合，在轉爐中完成煉鋼的過程，而轉爐煉鋼自動化控制技術則是根據鋼種以及鐵水的重量和溫度，在轉爐兌鐵前，由二級計算機分析出整個過程的氧槍吹煉高度、熔劑加入量、吹氧量、底吹量等靜態數據，同時在吹煉后期檢測鋼水成分和溫度等參數，再通過二級計算機系統分析出動態模型調整數據，從而實現煉鋼的自動化控制，保證達到最終目標。

3 轉爐煉鋼自動化控制技術的重要意義

我國轉爐煉鋼自動化控制技術的目標是：在提高鋼鐵的質量和生產效率的前提下，最大限度的降低成本、節約能源、科學環保，使我國鋼鐵市場在國際鋼鐵市場競爭中利于不敗之地。在自動化控制技術的前提下提高煉鋼的終點命中率、改善鋼水質量、降低生產成本和提高能源利用率，從而提高鋼鐵的生產效率和鋼材質量。

自動化轉爐煉鋼技術采用動態控制轉爐氣體連續分析系統和副槍測溫系統相互結合，增加了轉爐氣體和溫度達到終點的幾率，從而大幅度的提高終點控制命中效率。為了提高鋼水質量，在氣體補吹過程中應盡量減少氧氣含量，避免鋼水氧化，提高鋼的純度。通過提高終點命中率和降低補吹率，從而縮短了冶煉時間，增加了鋼液溫度和成分的穩定性，為連續鑄鋼創造了條件；同時，在自動化轉爐煉鋼技術的支持下，取消了一次性副槍確定氧含量及定碳頭的能源消耗，降低鋼中的含氧量，減少了爐渣中鐵合金的含量，從而提高了原料的利用率，降低了煉鋼生產成本。

4 轉爐煉鋼過程自動化控制功能及關鍵技術分析

4.1 轉爐煉鋼自動化控制系統的功能

第一，實現廢鋼、鐵水質量的稱量控制。由轉爐煉鋼工作環境惡劣，廢鋼、鐵水的稱重必須由天車主鉤吊裝廢鋼料槽和鐵水爐缸進行裝料，裝料過程主要通過多個壓式重量傳感器讀出廢鋼或者鐵水的重量，并由補償接線盒顯示重量數據，并及時進行記錄。

第二，對電氣控制的指示控制。在轉爐煉鋼過程中考慮到有些電氣操作是應急處理操作，關系到自動化系統的安全性和可靠性，因此電氣控制指示必須獨立構成。自動化轉爐煉鋼共有六個散裝料料倉，在散料質量測量中，主要通過料倉四角處的壓式稱重傳感器通過監測畫面在儀表器中顯示。

第三，轉爐煉鋼系統對儀表監視的控制。計算機的監測畫面是儀表部分的網絡服務器，通過適配器從儀表中讀取監測廢鋼、鐵水等原料的使用數據；同時，監測畫面還能實時的顯示氧氣、氮氣以及冷卻水的壓力和流量，給操作人員提供有利的數據，供其對氮氣、氧氣、冷卻水進行調整。

4.2 轉爐煉鋼自動化控制系統關鍵技術

第一，轉爐煉鋼檢測技術。轉爐煉鋼檢測技術主要分為廢氣分析檢測技術和副槍監測技術兩部分。在轉爐煉鋼過程中，它們主要通過檢測儀表對熔鋼溫度、液面高度、熔鋼成分等參數的記錄，并進行及時分析，為煉鋼過程中的溫度控制、添加原料等提供有利的數據支持，這其中檢測儀表是自動化煉鋼檢測技術的前提，以此為基礎，我們的自動化控制才能得到有效的實施。

第二，廢氣分析檢測技術。轉爐煉鋼技術在煉鋼過程中主要產生一氧化碳、二氧化碳、氮氣、氫氣、氧氣等廢氣，傳統的方法是爐氣定碳法，它是通過廢棄成分來反映爐內的指標參數，但是這種方法受制于各方面的原因，其準確性相對較低，誤差較大，已經難以滿足現在的需求。

第三，轉爐煉鋼廢氣檢測主要使用爐氣定碳法和副槍技術相結合，以副槍測定為主，結合廢氣分析計算脫碳速度，通過煉鋼過程中排除的廢氣成分和流量，為計算轉爐內瞬時鋼液殘留碳的含量提供信息，從而確定轉爐中的含碳量，此法不僅使轉爐內含碳量的測量精度大大提高，而且為自動化檢測技術提供了有利的數據，避免了傳統人工工作模式，提高了工作效率和鋼產品的質量。

4.3 轉爐煉鋼自動化技術

第一，控制技術。控制系統的主要功能是估算出吹煉終點的含碳量以及熔鋼溫度，一般為動態控制模型和反饋計算模型兩個模塊，動態控制模型能夠分析出需要的氧氣量和冷卻劑齡，并根據過程中檢測的各項數據，估算出吹煉終點的含碳量以及熔鋼溫度；反饋計算模型能分析出動態控制模型中的估算誤差，并實施適度的調整。

第二，數學模型。轉爐煉鋼的動靜態控制都是以數學模型為基礎的，例如現在比較常見的動態控制是在化學平衡和熱平衡的基礎上發展而來的，通過建立靜態的數學模型，計算得到起始的氧流量、氧槍高度等參數，再于吹煉操作中，利用副槍檢測的信息來調整控制參數，最終實現自動化的過程控制。

第三，人工智能技術。人工智能技術是基于計算機科學技術通過模擬、延伸和擴展人的智能方法發展起來的一項技術，其主要是針對煉鋼過程中一些需要人為處理的工作，通過計算機科學技術模擬進行操作，從而減少勞動力，提高生產效率和產品質量，進而實現鋼鐵企業智能化的進程。

5 結語

隨著自動化控制技術在煉鋼行業的不斷發展與應用，轉爐煉鋼自動化水平得到了進一步提高，因為為了實現煉鋼“高質、高效、節能、環保”，應大力發展轉爐煉鋼自動化控制技術。

參考文獻：

[1]張丙龍.轉爐煉鋼自動控制系統的研究[J].東北大學，2009.

[2]卞麗.轉爐煉鋼自動控制系統[J].自動化應用，2014.endprint